KRAKEN-Technik enthüllt Abhängigkeit des Quantenzustands von Elektronen vom Ausgangsmaterial

Forscher der Universität Lund in Schweden haben eine neuartige Methode namens KRAKEN entwickelt, um den Quantenzustand von Elektronen zu messen, die von Atomen unter Hochenergie-Lichtimpulsen emittiert werden. Diese Technik ermöglicht die präzise Bestimmung, wie "quantenhaft" ein Elektron erscheint.Die Studie eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Wechselwirkung von Licht und Materie auf Quantenebene. Die Methode baut auf dem Prinzip der Photoelektronenspektroskopie auf, geht aber noch weiter, indem sie nicht nur die klassischen Eigenschaften eines Photoelektrons, wie z. B. seine Geschwindigkeit, sondern auch seinen vollständigen Quantenzustand misst.David Busto, Dozent für Atomphysik und einer der Autoren der Studie, erklärt, dass ihre Technik die Rekonstruktion eines komplexen dreidimensionalen Objekts ermöglicht, indem mehrere zweidimensionale Bilder aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden, ähnlich wie bei einer CT-Aufnahme des Gehirns. Dazu verwenden die Forscher ein Paar Laserimpulse unterschiedlicher Farben, um den Quantenzustand eines Elektrons Schicht für Schicht zu "fotografieren" und zu rekonstruieren.Experimente an Helium- und Argonatomen zeigten, dass der Quantenzustand eines Photoelektrons von der Art des Materials abhängt, aus dem es emittiert wird. Diese Entdeckung könnte weitreichende Folgen für verschiedene wissenschaftliche Bereiche haben, darunter die atmosphärische Photochemie und die Untersuchung von Systemen zur Sammlung von Solarenergie, wie z. B. Solarmodule oder die Photosynthese in Pflanzen.Die neue Methodik verbindet auch zwei verschiedene Bereiche der Wissenschaft: die Attosekundenphysik und die Spektroskopie einerseits und die Quanteninformation und die Quantentechnologien andererseits. Dies passt in den Kontext der "zweiten Quantenrevolution", die darauf abzielt, einzelne Quantenobjekte zu manipulieren, um ihr volles Potenzial in verschiedenen Anwendungen auszuschöpfen.Die KRAKEN-Technik führt zwar nicht direkt zur Entwicklung neuer Quantencomputer, verschafft Physikern aber Zugang zu Wissen über den Quantenzustand von Photoelektronen, wodurch sie deren Quanteneigenschaften für zukünftige Anwendungen voll ausschöpfen können. Dies könnte dazu beitragen, Prozesse aufzudecken, die in einem Material nach der Elektronenemission ablaufen, was besonders für die Untersuchung der Eigenschaften neuer Materialien wichtig ist.Die Forscher hoffen, dass ihre Methode in Zukunft die Möglichkeit bietet, zu verfolgen, wie sich die Quanteneigenschaften von Elektronen im Laufe der Zeit von einem Quanten- in einen klassischen Zustand entwickeln, was grundlegende Fragen der Quantenmechanik und ihre Verbindung zur makroskopischen Welt beleuchten könnte.